KR101461877B1 - 차량의 발전 제어시스템 - Google Patents

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이준용
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현대자동차 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 차량의 발전 제어시스템은, 엔진으로부터 전달되는 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기, 상기 발전기에서 생성된 전기를 일시적으로 저장하는 커패시터, 상기 발전기 또는 상기 커패시터로부터 전기를 받아서 전압을 증가 또는 감소시키는 컨버터(converter), 상기 컨버터로부터 전기를 받아서 저장하고, 공급하는 배터리, 상기 컨버터 또는 상기 배터리로부터 공급되는 전기를 소모하는 전기부하유닛, 및 차량의 감속상태 및 상기 배터리의 충전상태를 감지하고, 상기 발전기의 출력전압, 및 상기 컨버터의 출력전압을 제어하는 제어부; 를 포함할 수 있다. 상기 컨버터는 DC/DC컨버터일 수 있다.
따라서, 차량의 감속상태, 배터리의 충전상태에 따라서 컨버터와 발전기의 출력전압을 가변시키고, 커패시터와 배터리에 전력을 나누어 저장함으로써 전체적인 차량의 연료소모가 줄어드는 효과가 있다. 아울러, 배터리가 효과적으로 충전되고 안정적으로 전력이 공급됨으로써 상기 전기부하유닛을 보호하고 배터리의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

차량의 발전 제어시스템{ELECTRICITY GENERATING CONTROL SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 발전 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전기에서 생성된 전기를 배터리에 저장하고, 이를 소모하는 부하유닛들에 공급하는 차량의 발전 제어시스템에 관한 것이다.
자동차 메이커들은 연료소모를 줄이기 위해서 발전기의 부하를 조절한다. 즉, 연료가 더 소모되는 감속조건에서 발전기를 부하를 높여서 전압을 상승시키고, 배터리의 충전량이 적거나 소모전력이 높을 경우에는 발전기를 부하를 높인다.
그와 반대의 조건에서는 발전기의 부하를 낮추어 전압을 하강시킴으로써 연료소모를 줄인다.
도 1은 종래의 실시예에 따른 차량의 발전 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면 차량은 발전기(100), 배터리(110), 전기부하유닛(120), 제어부(130), 및 엔진(미도시)를 포함한다.
상기 발전기(100)는 상기 엔진의 회전력을 이용하여 전기를 생산하고, 상기 배터리(110)는 상기 발전기(100)에서 생성된 전기를 저장하며, 상기 전기부하유닛(120)은 상기 발전기(100) 또는 상기 배터리(110)에 저장된 전기를 이용한다.
상기 제어부(130)는 상기 전기부하유닛(120)의 사용량과 차량의 운행정보(또는 차량정보)를 수신하고, 이를 이용하여 상기 발전기(100)의 출력전압과 상기 배터리(110)의 충전량을 제어한다.
한편, 배터리(110)의 저장공간이 제한되어 감속주행 시 회생에너지를 저장하는 것은 제한적이어서 연료소모를 증가시키는 요인이 있고, 배터리(110)의 충전상태와 발전기(100)의 부하에 따라서 전기부하유닛(120)에 공급되는 전압이 변동될 수 있다.
관련기술 및 선행문헌으로써 공개공보 10-2008-0042236호가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전기에너지를 효과적으로 저장하고 배터리의 출력전압을 운행상태에 따라서 조절함으로써 연료소모를 줄이고, 전기부하유닛에 안정적인 전압을 공급함으로써 전기부하유닛의 내구성을 향상시키고 동시에 배터리의 충방전 횟수를 줄임으로써 그 내구성을 향상시킬 수 있는 차량의 발전 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 차량의 발전 제어시스템은, 엔진으로부터 전달되는 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기, 상기 발전기에서 생성된 전기를 일시적으로 저장하는 커패시터, 상기 발전기 또는 상기 커패시터로부터 전기를 받아서 전압을 증가 또는 감소시키는 컨버터(converter), 상기 컨버터로부터 전기를 받아서 저장하고, 공급하는 배터리, 상기 컨버터 또는 상기 배터리로부터 공급되는 전기를 소모하는 전기부하유닛, 및 차량의 감속상태 및 상기 배터리의 충전상태를 감지하고, 상기 발전기의 출력전압, 및 상기 컨버터의 출력전압을 제어하는 제어부; 를 포함할 수 있다.
상기 컨버터는 DC/DC컨버터일 수 있다.
상기 제어부는, 차량이 감속상태에 있는 것을 판단하면, 상기 컨버터의출력전압을 높은설정값으로 유지하고, 상기 발전기의 출력전압을 높은설정값으로 유지할 수 있다.
상기 제어부는, 차량이 감속상태에 있지 않고, 상기 배터리의 충전량이 높은설정값 이상으로 판단되면, 상기 컨버터의 출력전압을 낮은설정값으로 유지하고, 상기 발전기의 출력전압을 낮은설정값으로 유지할 수 있다.
상기 제어부는, 차량이 감속상태에 있지 않고, 상기 배터리의 충전량이 높은설정값과 낮은설정값 사이에 포함되는 것으로 판단되면, 상기 컨버터의 출력전압을 중간설정값으로 유지하고, 상기 발전기의 출력전압을 낮은설정값으로 유지할 수 있다.
상기 제어부는, 차량이 감속상태에 있지 않고, 상기 배터리의 충전량이 낮은설정값보다 작은 것으로 판단되면, 상기 컨버터의 출력전압을 높은설정값으로 유지하고, 상기 발전기의 출력전압을 높은설정값으로 유지할 수 있다.
상기 제어부는, 비정상상태가 감지되면, 상기 컨버터의 출력전압을 높은설정값으로 유지하고, 상기 발전기의 출력전압을 높은설정값으로 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 차량의 발전 제어시스템은, 차량의 감속상태, 배터리의 충전상태에 따라서 컨버터와 발전기의 출력전압을 가변시키고, 커패시터와 배터리에 전력을 나누어 저장함으로써 전체적인 차량의 연료소모가 줄어드는 효과가 있다.
아울러, 배터리가 효과적으로 충전되고 안정적으로 전력이 공급됨으로써 상기 전기부하유닛을 보호하고 배터리의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 실시예에 따른 차량의 발전 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 발전 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 발전 제어시스템의 제어순서를 보여주는 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 발전 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 차량의 발전제어시스템은 발전기(100), 커패시터(200), 컨버터(210), 배터리(110), 전기부하유닛(120), 제어부(130), 및 엔진(미도시)을 포함한다.
상기 엔진 또는 구동휠로부터 전달되는 회전력을 이용하여 상기 발전기(100)는 전기를 생산하고, 생산된 전기는 상기 커패시터(200)에 저장되고, 나머지는 상기 컨버터(210)를 통해서 상기 배터리(110)와 상기 전기부하유닛(120)으로 전달된다.
상기 배터리(110)는 상기 컨버터(210)를 통해서 전달되는 전기를 저장하고, 상기 전기부하유닛(120)은 상기 배터리(110)와 상기 컨버터(210)를 통해서 공급되는 전기를 소모한다.
상기 제어부(130)는 엔진 또는 차량의 운행정보(차량정보), 및 상기 배터리(110)의 충전량을 이용하여 상기 발전기(100)의 출력전압, 상기 컨버터(210)의 출력전압을 제어한다.
기존의 구조와는 다르게 상기 제어부(130)는 상기 전기부하유닛(120)의 부하에 따라서 상기 발전기(100)를 제어하지 않음으로써 충방전의 횟수가 줄어들고, 상기 배터리(110)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 커패시터(200)가 상기 발전기(100)에서 생성된 전기에너지를 1차로 저장함으로써 전체적인 전기저장능력이 향상되고, 안정적인 전기의 공급이 수행될 수 있다.
아울러, 상기 컨버터(210)를 통해서 상기 배터리(110) 또는 상기 전기부하유닛(120)로 공급되는 전압을 조절함으로써 상기 배터리(110)를 보다 효과적으로 충전하여 충방전 횟수를 감소시키고, 전체적으로 안정적인 전압을 유지하며, 상기 전기부하유닛(120)의 고장을 미연에 방지할 수 있다. 그리고, 실제 차량의 운행에서 연료소모는 3 내지 4% 절감될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 컨버터(210)는 DC/DC컨버터이고, 상기 컨버터(210)의 출력전압은 최대설정값, 높은설정값, 중간설정값, 및 낮은설정값으로 변경될 수 있다. 아울러, 상기 발전기(100)의 출력전압은 높은설정값과 낮은설정값으로 변경될 수 있다.
그리고, 상기 컨버터(210)의 출력전압인 최대설정값, 높은설정값, 중간설정값, 및 낮은설정값은 설계사양에 따라서 각각 가변될 수 있고, 상기 발전기의 출력전압인 높은설정값과 낮은설정값은 설계사양에 따라서 각각 가변될 수 있다.
상기 제어부(130)는 차량의 감속을 판단하고, 감속이 되는 것으로 판단되면, 상기 발전기(100)의 출력전압을 상승시킨다. 즉, 상기 발전기(100)의 부하를 높은 설정값으로 유지한다. 그리고, 상기 상기 컨버터(210)의 출력전압을 높은설정값으로 유지한다.
따라서, 상기 커패시터(200)는 상기 발전기(100)에서 출력되는 전력을 저장하고, 상기 배터리(110)는 효과적으로 충전된다.
그리고, 감속상태가 아닌 상태에서, 상기 배터리(110)의 충전량이 높은설정값 이상으로 판단되면, 상기 컨버터(210)의 출력전압을 낮은설정값으로 유지하고, 상기 발전기(100)의 출력전압을 낮은설정값으로 유지한다.
그리고, 감속상태가 아닌 상태에서, 상기 배터리(110)의 충전량이 높은설정값과 낮은설정값 사이에 포함되는 것으로 판단되면, 상기 컨버터(210)의 출력전압을 중간설정값으로 유지하고, 상기 발전기(100)의 출력전압을 낮은설정값으로 유지한다.
그리고, 감속상태가 아닌 상태에서, 상기 배터리(110)의 충전량이 낮은설정값 미만으로 판단되면, 상기 컨버터(210)의 출력전압을 높은설정값으로 유지하고, 상기 발전기(100)의 출력전압을 높은설정값으로 유지한다.
그 외에, 차량시스템이 비정상 상태이면, 상기 컨버터(210)와 상기 발전기(100)의 출력전압을 각각 높은설정값으로 유지된다. 여기서, 시스템의 비정상상태는 배터리센서, 상기 컨버터, 및 상기 발전기의 비정상동작, 또는 단선, 단락이 발생되는 경우를 포함한다.
전술한 바와 같이, 차량의 감속상태, 상기 배터리(110)의 충전상태에 따라서 상기 컨버터(210)와 상기 발전기(100)의 출력전압을 가변시키고, 상기 커패시터(200)와 상기 배터리(110)에 전력을 나누어 저장함으로써 전체적인 차량의 연료소모가 줄어드는 효과가 있다.
아울러, 상기 배터리(110)가 효과적으로 충전되고 안정적으로 전력이 공급됨으로써 상기 전기부하유닛(120)을 보호하고 상기 배터리의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 발전 제어시스템의 제어순서를 보여주는 플로우차트이다.
도 3을 참조하면, S300에서 키온신호(key on signal)가 발생되고, S310에서 엔진이 시동된다.
S320에서 상기 제어부(130)는 시스템이 비정상상태 있는지 판단된다. 여기서, 시스템의 비정상상태는 배터리센서, 상기 컨버터(210), 및 상기 발전기(100)의 비정상동작, 또는 단선, 단락이 발생되어 비정상신호가 발생하는 경우를 포함하고, 상기 제어부는 비정상신호를 통해서 비정상상태를 판단할 수 있다.
시스템에 이상이 있는 것으로 판단되면, S346과 S358에서 각각 상기 컨버터(210)의 출력전압은 높은설정값으로 유지되고, 상기 발전기(100)의 출력전압은 높은설정값으로 유지된다.
시스템이 정상인 것으로 판단되면, S330에서 감속상태인지 판단된다.
상기 감속상태는 브레이크페달의 작동상태와 가속페달의 작동상태로부터 상기 제어부(130)가 판단한다. 예를 들어, 상기 가속페달이 작동되지 않고, 상기 브레이크페달이 작동되는 상태는 감속상태에 포함될 수 있다.
시스템이 감속상태에 있는 것으로 판단되면, S340과 S350에서 상기 컨버터(210)의 출력전압은 높은설정값으로 유지되고, 상기 발전기(100)의 출력전압은 높은설정값으로 유지된다.
따라서, 상기 발전기(100)의 출력전압에 의해서 상기 커패시터(200)에 전기에너지가 충전되고, 상기 컨버터(210)의 출력전압에 의해서 상기 배터리(110)가 효과적으로 충전된다.
시스템이 감속상태에 있는 않는 것으로 판단되면, S382가 수행된다. 상기 S382에서는 상기 배터리(110)의 충전량이 높은설정값(H) 이상인지 판단된다.
상기 배터리(110)의 충전량이 높은설정값(H) 이상으로 판단되면, S342와 S352가 수행된다. 여기서, 상기 컨버터(210)의 출력전압은 낮은설정값으로 유지되고, 상기 발전기(100)의 출력전압은 낮은설정값으로 유지된다.
따라서, 상기 발전기(100)의 부하가 줄어들어 연료소모가 줄어든다. 다만, 상기 커패시터(200)에 충전된 전력에너지가 상기 배터리(110) 또는 상기 전기부하유닛(120)으로 공급될 수 있다.
S384에서 상기 배터리(110)의 충전량이 높은설정값(H) 미만이고, 낮은설정값(L) 이상으로 판단되면, S344와 S354에서 상기 컨버터(210)의 출력전압이 중간설정값으로 유지되고, 상기 발전기(100)의 출력전압이 낮은 설정값으로 유지된다.
따라서, 상기 발전기(100)의 부하가 줄어들어 연료소모가 줄어들고, 상기 커패시터(200)에 충전된 전력에너지가 상기 배터리(110) 또는 상기 전기부하유닛(120)으로 공급될 수 있다.
S384에서 상기 배터리(110)의 충전량이 낮은설정값(L) 미만으로 판단되면, S346과 S356에서 상기 컨버터(210)의 출력전압은 높은설정값으로 유지되고, 상기 발전기(100)의 출력전압은 높은설정값으로 유지된다.
따라서, 상기 발전기(100)와 상기 컨버터(210)에서 출력되는 높은설정값에 의해서 상기 배터리(110)는 신속하게 충전된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 컨버터(210)는 최대출력값을 출력할 수는 있으나, 상기 전기부하유닛(120)을 보호하기 위해서 높은출력값으로 출력전압을 유지한다. 그리고, S360에서 엔진이 오프되면, S370에서 제어가 종료된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 발전기(100)의 출력전압에서 높은설정값은 14 내지 16볼트에 포함되고, 낮은설정값은 12 내지 14볼트에 포함되고, 상기 컨버터(210)의 출력전압에서 높은설정값은 13.5 내지 14.5볼트에 포함되고, 낮은설정값은 12 내지 13볼트에 포함되고, 중간설정값은 13 내지 13.5볼트에 포함되며, 상기 컨버터(210)의 최대출력전압은 14.5 내지 15.5볼트에 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 설명의 편의를 위해서 배터리의 충전량에서 낮은설정값은 제1배터리충전설정값으로 간주하고, 높은설정값은 제2배터리충전설정값으로 간주될 수 있다.
또한, 컨버터의 출력전압에서 낮은설정값은 제1컨버터출력설정값으로 간주하고, 높은설정값은 제2컨버터출력설정값으로 간주될 수 있고, 중간설정값은 제3컨버터출력설정값으로 간주될 수 있다.
또한, 발전기의 출력전압에서 낮은설정값은 제1발전기출력설정값으로 간주되고, 높은설정값은 제2발전기출력설정값으로 간주되고, 중간설정값은 제3발전기출력설정값으로 간주될 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 발전기 110: 배터리
120: 전기부하유닛 130: 제어부
200: 커패시터 210: 컨버터

Claims (8)

  1. 엔진으로부터 전달되는 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전기;
    상기 발전기에서 생성된 전기를 일시적으로 저장하는 커패시터;
    상기 발전기 또는 상기 커패시터로부터 전기를 받아서 전압을 증가 또는 감소시키는 컨버터(converter);
    상기 컨버터로부터 전기를 받아서 저장하고, 공급하는 배터리;
    상기 컨버터 또는 상기 배터리로부터 공급되는 전기를 소모하는 전기부하유닛; 및
    차량의 감속상태 및 상기 배터리의 충전상태를 감지하고, 상기 발전기의 출력전압, 및 상기 컨버터의 출력전압을 제어하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 제어부는,
    차량이 감속상태에 있는 것을 판단하면, 상기 컨버터의 출력전압을 제1컨버터출력설정값보다 높은 제2컨버터출력설정값으로 유지하고, 상기 발전기의 출력전압을 제1발전기출력설정값보다 높은 제2발전기출력설정값으로 유지하며,
    차량이 감속상태에 있지 않고, 상기 배터리의 충전량이 제1배터리충전설정값보다 높은 제2배터리충전설정값 이상으로 판단되면,
    상기 컨버터의 출력전압을 상기 제2컨버터출력설정값보다 낮은 상기 제1컨버터출력설정값으로 유지하고, 상기 발전기의 출력전압을 상기 제2발전기출력설정값보다 낮은 상기 제1발전기출력설정값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 차량의 발전 제어시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 제어부는,
    차량이 감속상태에 있지 않고, 상기 배터리의 충전량이 상기 제1배터리충전설정값과 상기 제2배터리충전설정값 사이에 포함되는 것으로 판단되면,
    상기 컨버터의 출력전압은 상기 제2컨버터출력설정값으로 설정되고,
    상기컨버터의 출력전압을 상기 제1컨버터출력설정값과 상기 제2컨버터출력설정값 사이에 포함되는 제3컨버터출력설정값으로 유지하고,
    상기 발전기의 출력전압을 상기 제1발전기출력설정값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 차량의 발전 제어시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 제어부는,
    차량이 감속상태에 있지 않고, 상기 배터리의 충전량이 상기 제1배터리충전설정값보다 작은 것으로 판단되면,
    상기 컨버터의 출력전압을 상기 제2컨버터출력설정값으로 유지하고, 상기 발전기의 출력전압을 상기 제2배터리충전설정값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 차량의 발전 제어시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 제어부는,
    비정상신호가 발생되면, 상기 컨버터의 출력전압을 상기 제2배터리충전설정값으로 유지하고, 상기 발전기의 출력전압을 상기 제2발전기출력설정값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 차량의 발전 제어시스템.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전기의 출력전압에서 상기 제2발전기출력설정값은 14 내지 16볼트에 포함되고, 상기 제1발전기출력설정값은 12 내지 14볼트에 포함되고,
    상기 컨버터의 출력전압에서 상기 제2컨버터출력설정값은 13.5 내지 14.5볼트에 포함되고,
    상기 제1컨버터출력설정값은 12 내지 13볼트에 포함되고, 상기 제3컨버터출력설정값은 13 내지 13.5볼트에 포함되며,
    상기 컨버터의 최대출력전압은 14.5 내지 15.5볼트에 포함되는 것을 특징으로 하는 차량의 발전 제어시스템.
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